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1、 大学计算机基础 429790853 为什么要学习计算机基础 学习的目的 方法 结果 关于计算机等级二级考试 大学计算机基础 必修 课堂教学 32学时期末复习 2学时成绩评定 期末笔试占70 平时成绩占30 课程教学参考书目 1 大学计算机基础 第2版 冯博琴等编著清华大学出版社2 大学计算机基础 第四版 杨振山龚沛曾编著高等教育出版社3 大学计算机基础 邹水龙等编著研究出版社4 大学计算机基础教程 王移芝等编高等教育出版社 第1章计算机基础 本章主要内容 重点 1 1信息与信息技术1 2计算机概述1 3计算机的工作原理1 4信息在计算机中的表示 1 1信息与信息技术 1 1 1数据与信息1
2、1 2信息处理与信息技术 1 1 1数据与信息 数据将客观事物记录下来的可以鉴别的符号称为数据 包括 数字 字符 文字 图形 声音和视频等 注意 区分数据和数字 什么是信息 简单地说 信息是人类一切生存活动和自然存在所传达出来的信号和消息 广义地说 信息是指对客观事物内部特征和运动状态的反映 又是事物之间相互作用和联系的表征 信息与数据的关系 数据是信息的载体 信息是数据的内涵 1 1 2信息处理与信息技术 信息处理 数据处理 信息处理是指从某些已知的数据出发 推导整理出新的数据 从而产生出新的信息的过程 信息处理是对数据进行收集 存储 管理 加工 计算 维护 检索 传输等处理的全过程 数据
3、信息处理 新信息 计算机与信息处理 计算机是处理信息最有力的工具 利用计算机可对大量的信息进行快速加工处理 存储器 存储数据 软件 管理数据 应用程序 处理数据 信息系统数据处理系统 管理信息系统 决策支持系统 办公自动化系统 信息技术 简单地说 在对信息进行加工和处理中用到的各种技术统称为信息技术 InformationTechnology IT 信息技术包括 微电子技术 光电子技术 传感技术 通信技术 计算机技术和控制技术 其中 计算机技术和通信技术是信息技术的两大核心支柱 现代信息技术的特点 数字化大量信息可以被压缩 并以光速进行传输 多媒体化文字 声音 图形 图像 视频等信息媒体与计算
4、机集成在一起 以接近于人类的工作方式和思考方式来设计与操作 高速度 网络化 宽频带Internet技术以及物联网技术 智能化在超媒体的世界里 软件代理可收集任何需要在网络上取得的信息 信息技术的发展 发展历史第一次信息革命 语言 文字 文献 第二次信息革命 造纸术 印刷术 第三次信息革命 电报 电话 广播 电视 第四次信息革命 计算机 现代通信技术等 发展趋势速度快 容量大 综合化 数字化 个人化 1 2计算机概述 1 2 1计算机发展简史1 2 2计算机的特点1 2 3计算机的分类1 2 4计算机的应用领域1 2 5计算机的新技术 1 2 1计算机的发展简史 人类计算工具沿革算盘机械计算机计
5、算尺机电计算机 第一台电子计算机ENIAC 举世公认的第一台电子计算机 是美国宾夕法尼亚大学于1946年研制成功的 电子数值积分计算机 ENIAC ENIAC的技术参数 5000次加法 秒保存80个字节重量28吨占地170m218800只电子管1500个继电器功率150KW 电子管 电真空管 图示 计算机科学奠基人英国科学家阿兰 图灵 主要贡献 建立图灵机模型 奠定了可计算理论的基础提出图灵测试 机器智能的概念 电子计算机之父美籍匈牙利数学家冯 诺依曼 美国计算机学会 ACM 1966年设立图灵奖 主要贡献 奠定了现代计算机体系结构和工作原理 存储程序 概念冯 诺依曼计算机与同事研制人类第二台
6、计算EDVAC 图灵与诺依曼 计算机的分代 按使用的电子器件划分 计算机的发展趋势 巨型化微型化网络化智能化 未来新型计算机发展蓝图 光计算机利用光子取代电子进行数据运算 传输和存储的计算机 生物计算机 分子计算机 是以生物芯片取代半导体硅片制成的计算机 它的主要原材料是生物工程技术产生的蛋白质分子 并以此作为生物芯片 生物芯片具有超高速运算 超低能量消耗 并行处理等功能 量子计算机利用处于多现实态下的原子进行运算的计算机 这种多现实态是量子力学的标志 神经网络计算机能模仿人的大脑神经网络工作原理 具有有联想记忆 视觉和声音识别能力的计算机 光计算机 与传统硅芯片计算机不同 光计算机用光束代替
7、电子进行计算和存储 它以不同波长的光代表不同的数据 以大量的透镜 棱镜和反射镜将数据从一个芯片传送到另一个芯片 生物计算机 生物计算机又称仿生计算机 是以生物芯片取代在半导体硅片上集成效以万计的晶体管制成的计算机 它的主要原材料是生物工程技术产生的蛋白质分子 并以此作为生物芯片 生物计算机芯片本身还具有并行处理的功能 其运算速度要比当今最新一代的计算机快10万倍 能量消耗仅相当于普通计算机的十亿分之一 存储信息的空间仅占百亿亿分之一 神经网络计算机 具有模仿人的大脑判断能力和适应能力 可并行处理多种数据功能的神经网络计算机 可以判断对象的性质与状态 并能采取相应的行动 而且可同时并行处理实时变
8、化的大量数据 并引出结论 神经电脑除有许多处理器外 还有类似神经的节点 每个节点与许多点相连 若把每一步运算分配给每台微处理器 它们同时运算 其信息处理速度和智能会大大提高 神经电子计算机的信息不是存在存储器中 而是存储在神经元之间的联络网中 若有节点断裂 电脑仍有重建资料的能力 它还具有联想记忆 视觉和声音识别能力 量子计算机 量子计算机 quantumcomputer 是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算 存储及处理量子信息的物理装置 当某个装置处理和计算的是量子信息 运行的是量子算法时 它就是量子计算机 量子计算机的概念源于对可逆计算机的研究 研究可逆计算机的目的是为了解决计算机
9、中的能耗问题 未来新型计算机发展蓝图 1 2 2计算机的特点 运算速度快计算精度高存储容量大具有逻辑判断能力可靠性及自动化程度高 1 2 3计算机的分类 按计算机原理分类数字计算机模拟计算机按计算机用途分类通用计算机专用计算机按计算机性能分类巨型 大型 小型 微型机 工作站等 1 2 4计算机的应用领域 科学计算 数值计算 数据处理计算机辅助系统 CADCAICAM 过程控制人工智能 网络应用多媒体技术的应用 1 2 5计算机的新技术 1 嵌入式技术嵌入式技术就是将计算机作为一个信息处理部件 嵌入到应用系统中的一种技术2 网格计算网格计算是伴随着互联网而迅速发展起来的专门针对复杂科学计算的新型
10、计算模式 3 蓝牙技术短距离无线通信技术 1 2 5计算机的新技术 4 中间件技术中间件是一种独立的系统软件或服务程序 分布式应用软件借助这种软件在不同的技术之间共享资源 1 3计算机的工作原理 一 存储程序原理从第一代计算机到当今最先进的计算机 在工作原理上一脉相承 都是采用存储程序原理 预先将所要执行的程序和数据存放在计算机的内存储器中 计算机工作时 按顺序逐条执行程序所包含的指令 计算机的工作原理 诺依曼与计算机的存储程序原理 冯 诺依曼是美籍匈牙利数学家 现代计算机之父 他奠定了现代计算机的体系结结和工作原理 冯 诺依曼体系结构的精髓是 1 计算机内程序和数据用二进制形式表示 2 程序
11、存储 顺序执行指令序列 3 计算机有5个组成部分 分别是 输入 存储 处理 运算 控制和输出 冯 诺依曼 1903 1957 二 计算机指令的执行过程 计算机执行程序时 在控制器的控制下 从内存储器中按顺序取出每一条指令 依次执行 直至将一个程序所包含的全部指令执行完毕 执行每一条指令的具体步骤是 1 取指令2 分析指令3 执行指令计算机的整个工作过程就是执行程序的过程 亦即不断执行指令的过程 1 4信息在计算机中的表示 1 4 1信息的数字化编码概念1 4 2进位计数制1 4 3不同进位制数之间的转换1 4 4数值信息的机内表示1 4 5文字信息的机内表示1 4 6声音及图像信息的机内表示
12、1 4 1信息的数字化编码概念 编码的定义采用少量约定的基本符号 选用一定的组合原则 表示出大量复杂多样的信息 从而建立信息与编码之间的对应关系 二进制数字编码计算机内处理的信息一律采用二进制数字编码 这就是当今信息科学中广泛使用的数字技术的基础 计算机中采用二进制的主要原因 1 二进制数容易表示物理上容易实现 可以使用任何具有两种对立稳定状态的元件 例如晶体管的导通与截止 电脉冲的有与无 电平的高与低等 来表示二进制数 0 和 1 2 二进制数运算简单可靠二进制数的算术运算规则非常简单 此外 1 和 0 与逻辑值 真 和 假 对应 易于实现逻辑运算 关于二进制 只有两个基本符号 0和1进位规
13、则 逢二进一加法公式 0 0 00 1 11 1 10 进位 乘法公式 0 0 00 1 01 1 1一批科学实验数据 一篇洋洋万字的作文 一首优美的乐曲 一幅色彩绚丽的图片 这些形形色色的信息 数值 文字 声音 图像 视频 在计算机内是如何表示的 都是用二进制编码来表示和处理 0 和 1 构成了奇妙的 数字世界 计算机存储容量的单位 最小的信息单位 位 比特 bit 二进制的一个数位 0 或 1 基本存储单位 字节 byte 简称B换算关系 1B 8bit1KB 210B 1024B1MB 210KB 1024KB1GB 210MB 1024MB1TB 210GB 1024GB 1 4 2进
14、位计数制 采用若干个基本数字符号 按照一定的进位规则组成的计数系统称为进位计数制 十进制二进制七进制八进制六十进制三进制十二进制十六进制 计数制的基数与位权 基数在一种进位计数制中所使用的不同基本符号 数码 的个数 位权在一个数中 处于不同位置的数字所代表的值的大小 例如 十进制数635 从高位到低位 各位数字的位权依次为102 101 100即 635 6 102 3 101 5 100 计算机中常用进制数的表示 进位制二进制八进制十进制十六进制规则逢二进一逢八进一逢十进一逢十六进一基数r 2r 8r 10r 16数符0 10 1 70 1 90 1 9 A B C D E F位权2i8i1
15、0i16i下标BODH 1 4 3不同进位制数之间的转换 1 r进制转化为十进制设有r进制数P r an 1an 2 a1a0 a 1a 2 a m转换法则 按位权展开相加把r进制数中每位数字和该位的位权相乘 并将所得的全部乘积相加 即为转换结果 十进制数 转换公式 P an 1 rn 1 a1 r1 a0 r0 a 1 r 1 a m r m位权 1101 1 2 1 23 1 22 0 21 1 20 1 2 1 13 5 10 r进制转化为十进制示例 101 B 1 22 0 21 1 20 4 0 1 5 D 203 O 2 82 0 81 3 80 128 0 3 131 D ABC
16、 H A 162 B 161 C 160 10 162 11 161 12 160 2560 176 12 2748 D 例 100 D B2 100余数2 500 最低位 2 2502 1212 602 302 1101 最高位 结果 100 D 1100100 B 十进制整数r进制整数整数转换法则 除r取余即 把一个十进制整数不断除以所需要转换进制数的基数r 取其余数 商作为下一次的被除数 直到商为0时除法结束 再把每次得到的余数反序排列 即可转换成r进制数 2 十进制转化为r进制 课堂练习 1 251 D B2 251 D O3 251 D H 答案1 111110112 3733 FB 例 0 625 D B乘2取整整数0 625 2 1 2501 高位 部分0 250 2 0 50000 500 2 1 0001 低位 小数部分为0 转换结束结果 0 625 D 0 101 B 小数转换法则 乘r取整即 将一个十进制小数转换成r进制小数时 将十进制小数不断地乘以r 将每一次乘积的整数部分取出 而将乘积的小数部分作为下一次被乘数 直至乘积的小数部分为0时乘法结束 将取出的整数按
